Vodík či batérie? Čo má väčšie šance v elektromobilite?

Japonsko, ale napríklad aj Nemecko, vidí veľký potenciál vo vodíku ako energetickej báze ekologickej dopravy bez emisií oxidu uhličitého.

Palivové články na vodík mnohí považujú za budúcnosť automobilovej dopravy. Oproti batériám ponúkajú vyšší dojazd a rýchlosť tankovania porovnateľnú s uhlíkatými palivami.

Pozrite siVodíkový kamión Toyota Portal sa diaľok nezľakne

Výhodou môže byť vodík určite pri ťažkých vozidlách, ako sú kamióny, alebo autobusy. Objavili sa už dokonca aplikácie palivových článkov na vodík vo vlakoch, kde sa takto dajú nahradiť dieselové lokomotívy na neelektrifikovaných tratiach.

„Hlúpe“ články versus batérie

V osobnej automobilovej doprave však zatiaľ vodík veľkú slávu nezaznamenal. Počty áut s palivovými článkami sa pohybujú rádovo v niekoľkotisícových sériách ročne, čo je čistá exotika, trochu podobná nálezu čerpacej stanice na vodík. Naproti tomu ročná produkcia elektromobilov už v roku 2018 prekonala milión kusov a rok 2019, a hlavne tie nasledujúce, to budú násobky tohto množstva.

Šéf Tesly Elon Musk vodíku rozhodne nefandí. Vodíkové palivové články dokonca v minulosti označil za „hlúpe články“ („fool cells“, namiesto fuel cells). Automobilky ako Honda, Toyota a niektoré ďalšie, však vo vodíku vidia veľkú budúcnosť, podobne ako japonská, či nemecká vláda.

ZDROJ | YouTube

Vodík by sa totiž mohol stať významnou energetickou surovinou v kombinácii so stále sa rozširujúcou výstavbou nestabilných obnoviteľných zdrojov elektriny, ako sú solárne a veterné elektrárne. Pri špičkovej nadprodukcii by nebolo nutné presmerovávať vyprodukovanú elektrinu do vzdialených oblastí, ale poslúžila by na výrobu vodíka.

Vodík v úlohe akumulátora energie nemusí byť využitý len ako palivo pre autá s palivovými článkami (angličtina má pre ne výstižnú skratku FCV = Fuel Cell Vehicles). Mohol by slúžiť aj na výrobu elektriny do rozvodnej siete v čase previsu dopytu nad ponukou. Nie je to však jednoduché.

Výbornú analýzu problematiky poskytuje nasledujúce video Real Engineering (v nastaveniach si môžete zapnúť české titulky).

https://www.youtube.com/watch?time_continue=4&v=f7MzFfuNOtY

Výhodou vodíkových áut je rýchle tankovanie a dlhý dojazd – oboje dané vysokou energetickou hustotou vodíka. Tá je pri spaľovaní okolo 30 000 Wh/kg (údaj vo videu, ktorý hovorí o 40 000 Wh/kg považujeme za nekorektný – viď, napríklad tu) . To je dramaticky viac, než je energetická hustota aj tých najlepších Li-ion batérií. Tam sa s trochou šťastia čoskoro dopracujeme na 300 Wh/kg, teda menej ako 1% energetickej hustoty vodíka.

Aj vodná para má svoju uhlíkovú stopu

Dojazd premenený na potrebnú energiu sa v elektromobiloch transformuje na prudký rast hmotnosti vozidla (a jeho ceny, skrz cenu batérií), pričom vyššia hmotnosť opäť ukrajuje z výsledného dojazdu.

V FCV autách stačí naproti tomu do nádrže natlačiť o niekoľko kilogramov vodíka navyše. Z tohto pohľadu vyzerá vodík ako jasný víťaz. Ale je to tak naozaj?

Kritici elektromobility argumentujú, že pri posudzovaní dopadov na životné prostredie treba myslieť na celú uhlíkovú stopu, vrátane výroby vozidla a výroby elektrickej energie. Isteže, ak budeme jazdiť elektromobilmi nabíjanými elektrinou z hnedouhoľných elektrární, prínos pre životné prostredie bude značne limitovaný, pokiaľ by vôbec existoval.

ZDROJ | Real Engineering

Elektrina z obnoviteľných zdrojov, prípadne z jadrových elektrární, však ovzdušie nezaťaží a celková uhlíková stopa takýchto áut je nízka. Príkladom je Nórsko.

Vodík je však minimálne rovnako problematický ako elektrina. Na jeho výrobu využijeme elektrinu, ktorou sme mohli namiesto toho nabíjať batérie elektromobilov, pričom sa kvôli účinnosti výrobného procesu časť energie (podľa technológie až 33%) stratí. Následne musíme vodík stlačiť (strata ďalších 13% energie), natankovať do cisterien a dopraviť na čerpacie stanice, čo predstavuje ďalšie energetické výdavky, teda straty.

ZDROJ | New Scientist

Energetická efektivita vodíka je navyše konfrontovaná s ekonomickou neefektivitou, ktorá môže byť ortieľom smrti pre vodíkové autá.

Pozrite si„Nech to para tlačí!“ Vlak Coradia iLint ale parnú lokomotívu nemá

Podľa Real Engineering stojí v USA plné nabitie 75 kWh batérie elektromobilu Tesla Model 3, zaručujúce dojazd 500 km, zhruba 10 – 12 USD. V prepočte sú to náklady 2-2,4 centov/km. Naproti tomu natankovanie 5 kg vodíka do nádrže Toyota Mirai pre dojazd 480 km vychádza na 85 USD, čo predstavuje náklady 17,7 centov/km. To je zhruba 8x viac. Okrem toho – kto si cez noc natankuje vodík vo vlastnej garáži?

Iste, pri veľkovýrobe vodíka pôjdu náklady (výrobné – okrem nich sú tu ďalšie náklady spojené s distribúciou) zrejme dole, ale práve hľadanie lacných zdrojov vodíka sprevádzajú obavy.

Elektromobily budú mainstream, vodík ako doplnok

Asi najväčšiu z nich vyvoláva záujem ropných spoločností, ktoré práve o vodíkovú dopravu prejavujú živý záujem. Nie je to však preto, žeby plánovali presedlať na jeho výrobu elektrolýzou vody. Lacnými zdrojmi elektriny nedisponujú, takže vidia svetielko na konci iného tunela. Niektoré spoločnosti plánujú vodík vyrábať chemickou cestou zo zemného plynu, respektíve z metánu (CH4), ktorý sa v ňom nachádza.

Pozrite siRodí sa nová cesta k „zelenej energii“? Umelá fotosyntéza dokáže vyrábať vodík

Takto by sme sa závislosti na fosílnych palivách nezbavili a ešte by sme zaťažovali životné prostredie ďalšími splodinami. Je to cesta, nie nepodobná onej výrobe elektriny v uhoľných elektrárňach, aby sme získali „čistú“ energiu.

Metán s vodnou parou po zohriatí dáva vodík a jedovatý oxid uhoľnatý. ZDROJ | Real Engineering

„Menší“ problém je, že celý tento proces je neefektívny (strata energie 20-30%) a zaťažuje životné prostredie. Takto vyrobený vodík má nižší energetický potenciál než surovina – zemný plyn – z ktorej bol vyrobený. K tomu treba prirátať energetické náklady na kompresiu vodíka (strata 13%), straty pri výrobe elektriny v palivovom článku, pri inverzii, atď.

ZDROJ | Real Engineering

Na konci reťazca zistíme, že vodíkové auto využíva na pohon len asi 22% pôvodne vyrobenej energie. Naproti tomu elektromobil zužitkuje pôvodnú elektrickú energiu s účinnosťou takmer 69%. Logicky z toho vychádza, že náklady vodíkového auta by mali byť „len“ 3x a nejaké drobné vyššie, než u elektromobilu. Skutočnosť, že cena sa pohybuje až na úrovni osemnásobku, ukazuje na nefungujúci, zatiaľ však skôr neexistujúci, trh.

Pozrite siToyota chystá batérie s pevným elektrolytom. Úplne zmenia elektromobily

V takejto situácii nemá zmysel environmentálna pretvárka „o čistej vodnej pare“, ktorá lezie z výfukov vodíkových áut. Autá, alebo autobusy, ktoré dnes priamo spaľujú zemný plyn (vo forme LNG, alebo CNG), sú v konečnom dôsledku ekologickejšie, ako ich vodíkoví bratranci, čerpajúci z rovnakého zdroja.

Elon Musk so svojou invektívou o „hlúpych článkoch“ nie je ďaleko od pravdy, aspoň v kontexte dnešných technológií.

ZdrojReal Engineering

Komentáre k článku